数据链路层中一些零碎且易忘的知识点

差错控制

1. 噪声的种类：传输中的差错都是由于噪声引起的
   • 全局性噪声：由线路本身的电气特性所引起的随机噪声（热噪声），是信道固有且随机存在的。解决办法：对传感器下手，提高信噪比
   • 局部性噪声：由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。解决办法：通常利用编码技术来解决
2. 差错的种类：
   • 位错：0变1、1变0
   • 帧错：帧丢失、帧重复、帧失序
3. 要记的编码（数据链路层可使用只检测差错的编码，也可使用纠错编码）
   • 检错编码：
     • 奇偶校验码：只能检测出奇数个错误，不能检测出偶数个错误
     • 循环冗余码CRC：带r个校验位（多项式长度为r+1）的多项式编码可以检测到所有长度小于或等于r的突发性错误。如“多项式长度为4的循环冗余码可以发现所有3比特错”
       • CRC校验可以使用硬件来完成，速度较快
   • 纠错编码：
     • 海明码：
       • 若要检测d位错，其需要的码距是d+1；若要纠正d位错，需要的码距是2d+1。
       • 海明码能发现双比特错，纠正单比特错？？？待考证

流量控制与可靠传输机制

1. 关于累计确认：停止等待协议否，回退N帧协议GBN是，选择重传协议（做到一个题是“是”，可能真正的还是要看题目）
2. 关于窗口大小和帧序列号个数：在GBN中，所需要的帧序列号的个数要>=发送窗口大小+1。帧序列号的位数则需要$lo{g}_2(帧序列号的个数)$
   实际上是：发送窗口大小+接收窗口大小<=帧序号个数
   选择重传协议下，要保证效率最高，应发送窗口=接收窗口
3. 数据链路层通过滑动窗口、帧的确认、超时重传机制实现了可靠传输。而注意以太网的MAC协议提供的是无连接的不可靠服务。可以理解为整个数据链路层既提供了不可靠服务的选择，也提供了可靠服务的选择。而以太网只是一种局域网技术，其在数据链路层采用了不可靠的服务。（局域网802标准定义了MAC子层和LLC子层，IEEE在这个阶段将给帧加序号的功能放在了LLC子层，后续以太网作为主流的局域网后，压根儿不加LLC子层了，现在的网卡很多只有MAC协议，所以导致以太网不给帧编号）
   • 使用PPP的数据链路层，向上提供的是不可靠数据传输服务：接收方每收到一个PPP帧，就进行CRC检验（PPP帧的尾部包含FCS），若CRC检验正确就收下这个帧，否则就丢弃这个帧。

（以太网的）MAC帧格式

前导码：数据链路层将封装好的MAC帧交付给物理层进行发送，物理层在发送MAC帧前，还要在前面添加8字节的前导码（分为7字节的前同步码+1字节的帧开始定界符

以太网、局域网等概念辨析

以太网是目前最流行的一种局域网组网技术，其他常见的局域网组网技术还有令牌环局域网、无线局域网、ATM局域网。以太网技术的正式标准是IEEE 802.3标准。
以太网是一种技术，局域网、广域网是一种网络。局域网是同一网段的主机所组成的，它们之间传递信息不需要路由的选择转发，因为都是相同的，所以一般指涉及物理层和数据链路层。

以太网的一些零碎知识点

以太网的特点：无连接不可靠的服务

1. 采用无连接的工作方式：传输数据之前不用建立连接
2. 对发送的帧不进行编号，也不要求发确认帧：因为局域网的信道质量非常好，产生错误的概率非常小
3. 根据速率不同，其通信方式也不同

以太网的发展

1. 10Mb/s传统以太网
2. 100BASE-T以太网：
   • 以太网最小帧长64字节
   • 网段最大电缆长度为100m
   • 争用期为5.12微秒
   • 帧间最小间隔为0.96微秒
   • 若为使用集线器的共享式以太网，则需要使用CSMA/CD协议进行碰撞检测；若为使用以太网交换机的交换式以太网，则工作在全双工方式下，不用使用CSMA/CD
3. 吉比特以太网（千兆以太网）：
   • 速率为1Gb/s
   • 同上支持半双工方式（使用CSMA/CD）和全双工方式（不使用CSMA/CD）
   • 当工作在半双工方式时，由于传输速率提高，为了使得CSMA/CD正常，要么应该将网段最大长度减小到10m，要么应该将最小帧长增加。而前者会导致网络太小没有价值，后者会导致当上层交付的待封装的PDU很短时开销很大。所以千兆以太网都不考虑，网段最大长度仍保持100m，最小帧长仍保持64字节，其措施是1）载波延伸：只要发送的MAC帧长度不足512字节，就在MAC帧尾部填充特殊字符到512字节；2）分组突发：当有很多64字节短帧连续发送时，只将第一个短帧用载波延伸的方法进行填充，而其后面的短帧直接发送，之间只需空开必要的帧间最小间隔即可。
   • 工作在全双工方式时，不用CSMA/CD，也不用上面的载波延伸和分组突发
4. 10吉比特以太网（万兆以太网）：
   • 并非简单地将千兆以太网速率提高10倍，而是将以太网从局域网范围（校园网或企业网）或栈道城域网与广域网，增加了支持城域网和广域网的物理层标准
   • 速率为10Gb/s
   • 只工作在全双工方式，不需要CSMA/CD，传输距离不受碰撞检测的限制
5. 40/100吉比特以太网
   • 40Gb/s用于计算应用，100Gb/s用于汇聚应用
   • 只工作在全双工，不用CSMA/CD

关于帧的格式

1. 帧尾部和帧结束符：
   • 以太网MAC帧不需要帧结束符，但需要帧尾部
   • PPP帧在帧尾部中需要帧结束符，其关系如下图：
     
   • 解释一下：以太网在传递时，各帧之间必须有一定的间隙（参考上面以太网的发展中的“帧间最小间隔”），因此不需要帧结束符。以太网是局域网的一种技术，而PPP是广域网的协议，和局域网八竿子打不着，也不遵循以太网中的“帧间最小间隔”，因此需要帧结束符

交换机

1. 直通式交换机和存储转发式交换机
   • 直通式：只检查目的MAC地址
     • 无法支持不同速率端口的交换
     • 转发时延只需要考虑MAC地址的长度，即 $\frac{6\times 8}{交换机的速率(bps)}$
   • 存储转发式：除了目的MAC地址，还检查正误
     • 先缓存下来整个帧，再检查正误